基于半导体横向光电效应的位置敏感探测器

综述了基于半导体横向光电效应的位置敏感探测器（PSD）的发展、工作原理及应用,展望了PSD的研究动态和发展前景。     

PSD位移传感器测量误差的修正方法

为了提高自制位置敏感探测器(PSD)激光三角位移传感器的精度,提出一种简单、可行的数据修正方法,对传感器所采用的测量原理、敏感器件及自制工艺等进行了研究。首先,对自制的位移传感器的静态精度进行实验标定,分析其位移误差曲线。通过将位移测量误差曲线与敏感器件自身检出误差曲线进行比对,结合自制传感器的组装工艺,分析其误差来源。然后,通过调整激光三角测量原理中位移传递公式的具体参数,达到优化自制位移传感器的静态精度的目的。最后,用反复多次地,不同测量范围、测量步长下的位移数据曲线优化效果,证明这种修正方法的普适性。实验结果证明:经过该方法修正后,自制的PSD位移传感器的测量数据的误差降低约80%,其静态位移精度基本达到1%。这种修正方法能够简单、有效地提高PSD激光三角位移传感器的测量精度。     

基于PSD的微位移测量系统研究

为了提高激光跟踪仪的跟踪精度,改善激光跟踪仪性能,根据测量光斑在PSD上的坐标可实现光斑位移测量的原理,研究了提高微位移测量精度的方法,设计出一种由PSD传感器、ADS8556模数转换器和TMS320F28335数字信号处理器构成的高性能微位移测量系统.该系统在硬件设计中引入二阶有源低通滤波器消除了部分噪声干扰;在软件设计中通过误差补偿和数字滤波进一步提高了数据可靠性.加入抗干扰设计后,获得的二维坐标波动量峰峰值均在6μm以内.实验表明,该系统可获得高精度的光斑坐标,为激光跟踪仪精密跟踪奠定良好基础.     

光杠杆式nm级微位移激光测量系统的研究

提出了一种全新的nm级微位移测量方法，改进了传统光杠杆测微位移的原理，研究开发了一种激光微位移测量系统。该方法可以将微位移量放大10^2量级以上，测量系统的理论分辨率为4nm、实测分辨率小于10nm，实验验证了该系统的可行性和可靠性。该系统适用范围广、灵敏度高、重复性好和结构简单，便于构成微电机系统（MEMS），实现系统微型化及自动化。     

埋层图形横向位移对器件参数影响的研究

本文重点从埋层图形横向位移对双极器件参数的影响出发，研究了埋层图形横向位移的机理，位移方向和不同外延层厚度的移量，提出解决埋层形横向位移的唯一途是利用版图的对准符号配合硅片参考面来消除横向位移。并建议在单通隔离工艺中或在双对通隔离工艺中，适当减小埋层与隔离图形的间距 是提高器件参数民一能和器件成品率的奥妙所在。     

基于PSD的微位移传感器建模的实现方法

为了正确反映基于光电位置敏感器(PSD)的微位移传感器的特性,首先介绍了一维光电位置敏感器的工作原理并分析了利用PSD结合光学三角测量法将位移信号转换成电压信号的工作原理,得出基于PSD的微位移传感器被测试件位移量与相关测量电路输出电压(S,V)关系特征,然后基于最小二乘估计算法基本原理,提出了运用MAT-LAB语言建立PSD的微位移传感器(S,V)关系特征的数学模型的方法,给出了建模的程序流程图以及仿真结果。     

测量太阳辐射连续谱的方法研究

测量太阳辐射在遥感研究特别是大气遥感研究中有着重要作用。而目前所用的此类测量仪器大都是通道式的，只能提供几个固定波段的信息，信息量很有限；本文介绍一种测量太阳辐射准连续谱的方法，它能提供光谱范围从360～1060nm连续的太阳辐射光谱数据，为应用研究提供更多的光谱信息。     

基于激光干涉的高分辨率精密位移测量研究

由于高分辨率精密位移测量过程中调制深度波动和载波相位延迟,导致相位解调中存在误差,致使测量效果较差,测量时间较长,提出基于激光干涉的高分辨率精密位移测量方法。分析激光干涉原理和位移测量原理,获取位移测量误差产生的原因,采用相位生成载波反正切解调方法解调干涉信号,通过离散卡尔曼滤波修正相位解调后正交信号的幅值和偏置,补偿相位解调误差,实现高分辨率精密位移测量。实验结果表明,所提方法的测量波动均值稳定在±1.5 nm之间,能够有效地稳定测量能力、减小测量误差、缩短测量时间。     

基于低噪声PSD的光线偏转测量方法研究

采用两个分离式的反向并联的光电位置敏感探测器(PSD),设计了一种新型光电位置敏感传感系统,用于光线偏转的测量.在该系统中,使用一个透镜来提供光学增益并限制探测器的入射角.这种器件对光斑位移的频率响应是非常好的,而且这种分离式的设计能够使电子放大器具有很低的固有热噪声.以氦一氖激光器的标点噪声通过传感器所得到的测量值作为频率函数能够得到更高的精度,更适用于光线偏转角度的测量.     

基于相敏检波和位置探测器的位移检测系统

为了实现对微小位移的测量,研制了一套基于单模光纤输出半导体激光器和2维位置敏感探测器的位移检测系统,可以有效地抑制环境光噪声。对半导体激光器的注入电流进行1kHz的调制,实现输出光功率的调制。在信号处理电路中,采用相敏检波技术,解调探测器的输出交流信号,得出光斑能量中心位置,消除外界干扰。结果表明,测量精度优于1μm。这一结果对于多自由度误差检测是有帮助的。     

位置敏感探测器光斑脱靶误差补偿方法研究

为了提高位置敏感探测器(PSD)的位置检测范围,解决光斑在探测器光敏面脱靶时无法准确定位光斑的问题,提出一种光斑脱靶误差补偿方法,分析了脱靶前后PSD检测光斑能量重心变化规律,建立了PSD光强信号与位置检测误差间的函数关系。实验结果表明:当PSD光敏面尺寸为12mm×12mm时,对于半径为5mm的高斯光斑,通过所提出的光斑补偿方案补偿后PSD的X轴检测范围提高了66.7%,位置检测平均相对误差不超过5%,该方法对提高PSD位置检测性能具有重要的意义。     

PSD空间三维非线性修正技术的研究

提出了一种长距离激光准直测量中的位置敏感探测器(PSD)空间三维非线性修正技术,研制了在三维空间内测量二维PSD非线性的自动标定系统.在长达78 m的准直测量范围内,对二维PSD的非线性特性进行了标定实验,实验结果表明,PSD与激光源距离不同时,其非线性特性具有很明显不同.利用多层前馈神经网络建立了入射光实际位置与二维PSD输出坐标以及准直距离间的空间三维映射关系,进而对PSD的空间三维非线性进行修正.非线性修正后的PSD读数误差,在整个测量范围内表现为不大于±0.012 mm的随机误差.     

光子晶体在消除PSD背景光干扰中的应用

根据光子晶体带隙对光波长或频率的选择性特征,将一维二元和三元光子晶体用于滤除位置敏感探测器的背景光。通过比较位置敏感探测器感光光谱和背景光的差异,对二元和三元光子晶体的参数进行合理设置,利用特征矩阵法计算了反射率和透射率,结果表明光子晶体可以从根本上解决背景对位置敏感探测器的干扰。     

位置敏感探测器的信号噪声自适应抑制方法

针对位置敏感探测器噪声来源及特点,提出了一种基于自适应FIR维纳滤波器的自适应抑制方法。该方法以维纳滤波器为数字滤波器,自适应地调整传输特性,提高PSD的信噪比,从而大幅提高了PSD应用系统的测量精度。     

基于子块集成神经网络法的PSD背景光补偿

提出一种基于神经网络高精度线性化子块网络集成插值实现光电位置敏感器件（PSD）背景光非线性补偿方法。利用神经网络具有逼近任意非线性函数的特点,通过训练,使神经网络建立在不同背景光下PSD输出与其标准值之间的非线性映射关系,实现PSD全程跟踪补偿。实验结果表明,该方法能有效地消除背景光的影响,在神经网络的输出端得到期望的线性输出。     

位置敏感探测器受杂光干扰特性的研究

介绍了位置敏感探测器(PSD)的结构、工作原理及在稳定背景杂散光干扰下的位置输出方程,同时介绍了消除稳定背景杂散光的方法、措施和实验结果。结果表明,线位移测量分辨力可达到2μm。